La fusione nucleare può essere controllata con l'AI

Chiunque abbia approcciato nel proprio percorso di studi la fisica, conosce bene la differenza tra fissione e fusione nucleare: la prima è la reazione comunemente utilizzata in tutte le centrali nucleari attualmente esistenti, il suo più grande difetto consiste nella produzione di grandi quantità di scorie altamente radioattive, che rimangono nocive e pericolose per decine di migliaia di anni. La seconda, ha rappresentato per molto tempo una chimera nel mondo scientifico, ma a differenza della fissione offre la prospettiva di un’energia quasi illimitata, proveniente da elementi semplici e facili da reperire e produce quantità relativamente piccole di scorie radioattive, che si decompongono con tempistiche molto più ristrette, circa un secolo.

Un nuovo studio, condotto dagli scienziati informatici di DeepMind (azienda inglese con alle spalle Google) e dai fisici dello Swiss Plasma Center, mostra come un’intelligenza artificiale possa essere usata per controllare, con maggior precisione, una reazione di fusione nucleare, contribuendo ad accelerare la potenziale diffusione di questa reazione come fonte di energia.

DeepMind AI si è rivelata molto utile nel controllo delle reazioni di fusione nucleare

La ricerca in questione è stata pubblicata sulla rivista scientifica Nature, e rappresenta qualcosa di rivoluzionario per la scienza odierna; lo scopo è quello di arrivare, entro la metà del secolo, all’utilizzo della fusione nucleare come fonte di energia per la rete energetica mondiale.

Attualmente non esistono al mondo centrali nucleari a fusione, esistono solo dei reattori per condurre test, questi sono a forma di ciambella e vengono chiamato tokamak, in essi l’idrogeno viene riscaldato a temperature superiori a 100 milioni di gradi Celsius, finché raggiunge lo stato della materia chiamato plasma; a queste temperature i nuclei degli atomi di idrogeno si fondono (da qui il nome della reazione) rilasciando un’enorme quantità di energia. Uno dei problemi di questo tipo di reazione è rappresentato dal fatto che, il plasma, è troppo caldo per essere contenuto da qualsiasi materiale a nostra disposizione; per questo motivo vengono impiegati dei potenti campi magnetici per mantenerlo costantemente in uno stato di sospensione all’interno del tokamak. Il calore generato dalla reazione può essere utilizzato per generare vapore che, a sua volta, può generare elettricità alimentando una turbina.

Ma dove entra in gioco l’intelligenza artificiale? Il software sviluppato da DeepMind è in grado di imparare a controllare i campi magnetici che contengono il plasma all’interno del tokamak, permettendo inoltre di manipolare questo stato della materia in nuove configurazioni, in grado di rilasciare quantità di energia più elevate. Ambrogio Fasoli, scienziato dello Swiss Plasma Center coinvolto nel progetto, ha dichiarato: “Questo ci permette di portare avanti le cose perché possiamo correre rischi che altrimenti non oseremmo correre. Alcune di queste forme [plasma] che stiamo provando ci stanno portando molto vicino ai limiti del sistema, dove il plasma potrebbe collassare e danneggiare il sistema, non rischieremmo senza la fiducia dell’IA“.

Questo studio consentirà di utilizzare l’algoritmo di controllo dell’AI, già utilizzato presso lo Swiss Plasma Center, anche in reattori di dimensioni maggiori; quest’ultimo infatti, a causa delle sue dimensioni, è in grado di mantenere la reazione di fusione per un massimo di due secondi, contro i cinque del reattore del Joint European Torus Laboratory in Inghilterra che, tra le altre cose, ha da poco stabilito il nuovo record per la più potente reazione di fusione controllata nella storia dell’umanità, producendo 59 megajoule di energia (l’equivalente di circa 11 megawatt di potenza).

Il fatto che l’intelligenza artificiale sviluppata da DeepMind possa adattarsi a reattori di dimensioni superiori non è scontato, è stato fatto un notevole lavoro per consentire tutto ciò, pensate infatti che l’algoritmo per gestire i campi magnetici che mantengono il plasma in sospensione deve prendere decisioni estremamente veloci, deve essere in grado di eseguire regolazioni in poche frazioni di secondo. Tutto ciò è stato raggiunto grazie ad un sistema di apprendimento per rinforzo, semplificando vuol dire che l’algoritmo apprende grazie agli errori che commette in un sistema di simulazione.

Inoltre il team di DeepMind ha addestrato la sua intelligenza artificiale “dividendola” in due parti: la prima (e più grande) è una rete neurale, progettata quindi seguendo liberamente il funzionamento del cervello umano, è in grado di fare previsioni a lungo termine sulla forma assunta dal plasma in base alle variazioni dei campi magnetici; questa rete viene utilizzata per addestrare la seconda parte, ovvero un sistema più piccolo, deputato a mettere in atto le decisioni consigliate dalla prima rete, e sarà solo questa ad interagire realmente con il sistema di controllo del tokamak essendo in grado di prendere decisioni, e quindi modificare i campi magnetici, in meno di 50 microsecondi.

In conclusione tutto questo rappresenta un primo, rivoluzionario passo della fisica e della scienza moderna per riuscire un giorno, ancora lontano, ad utilizzare la fusione nucleare in maniera sicura come fonte di energia mondiale, diminuendo l’utilizzo di carburanti fossili nel tentativo di diminuire il riscaldamento globale, e lasciare così ai nostri figli un pianeta più sano e vivibile. Ah e ricordate “Nuculare, si pronuncia nuculare” cit.